egice be iceg - ilot.edu.pl · ase aircraft support equipment– wyposażenie naziemne wsparcia...

EKOLOGICZNE PROBLEMY PORTU LOTNICZEGO

Marian JeżInstytut Lotnictwa

StreszczenieReferat dotyczy problematyki i metodologii rozwoju lotnisk w aspekcie ochrony środowiska.

Intensywny rozwój ruchu lotniczego (z wyjątkiem kryzysu 2009 r.) wymaga zrównoważenia jego

negatywnych konsekwencji przez działania proekologiczne. W pierwszym rozdziale tego artykułu

opisano główne relacje transportu lotniczego i środowiska. W drugim przedstawiono trzy programy

obliczeniowej symulacji emisji lotniczych: EDMS, ALAQS i ADMS. Wnioski z zastosowania programu

ALAQS (Airport Local Air Quality System-ArcView) do obliczeń emisji lotniskowych na warszawskim

lotnisku Fryderyka CHOPINA zawarto w rozdziale trzecim. Projekt ten został zrealizowany przez

Instytut Lotnictwa we współpracy z Przedsiębiorstwem „Porty Lotnicze” oraz EUROCONTROL

Experimental Centre. Jego wyniki przekazano do sieci AERONET III (Aircraft Emissions

and Reduction Technologies). Następny rozdział traktuje o pomiarowych metodach oceny stopnia

lokalnego zanieczyszczenia atmosfery przez ruch na lotnisku. Ostatni rozdział rozważa sposoby

zmniejszenia negatywnego oddziaływania lotnisk na środowisko.

Perspektywą badawczą tematu jest zaprojektowanie systemu pomiarów stężenia głównych tok-

syn w rejonie lotniska. Taki projekt wykorzystuje mapy stężeń toksycznych składników atmosfery

otrzymanych drogą symulacji działalności lotniska. Powinien on także opierać się na doświadcze-

niach ekologicznego monitoringu najbardziej zaawansowanych lotnisk w tej dziedzinie. Planowane

jest uzupełnienie działającego systemu monitoringu hałasu na lotnisku F. Chopina przez instalację

infrastruktury monitoringu atmosfery. Ocena efektów środowiskowych działalności tego lotniska

będzie służyła ośrodkom opinio-twórczym i decydenckim. Umożliwi ona wybór metod ograniczenia

negatywnego wpływu badanego lotniska oraz upowszechnienie najlepszych praktyk i procedur

dla innych ważnych lotnisk krajowych.

WYKAZ WAŻNIEJSZYCH OZNACZEŃ

ACARE Advisory Council for Aeronautical Research in Europe – Rada konsultacyjnabadań lotniczych w Europie

ADMS Atmospheric Dispersion Modelling System – System modelowania dyspersjizanieczyszczeń w atmosferze

AERONET III Aircraft Emissions and Reduction Technologies – trzecia wersja sieci poświę-conej emisjom samolotów i sposobom ich zmniejszenia

AGE Aerospace Ground Equipment – lotniskowe pojazdy wsparcia naziemnego,generatory prądu, etc.

ALAQS Airport Local Air Quality Studies – program obliczeń i studiów lokalnejjakości powietrza

EKOLOGICZNE PROBLEMY PORTU LOTNICZEGO 59

ANCAT Abatement of Nuisances Caused by Air Transport – zwalczanieniedogodności transport lotniczego

APU Auxiliary Power Unit – dodatkowa, pokładowa jednostka mocyASE Aircraft Support Equipment – wyposażenie naziemne wsparcia samolotówATAG Air Transport Action Group – grupa działania dla transportu lotniczegoATC Air Traffic Control – sterowanie ruchem lotniczymATM Air Traffic Management – kierowanie ruchem lotniczymATS Air Traffic System – system ruchu lotniczegoBIOFRAC Biofuels Research Advisory Committee – Komitet Doradczy Badań BiopaliwBPR By-Pass-Ratio – stosunek wydatków przepływu zimnego do gorącegoCo stężenie początkowe zanieczyszczenia, np. w [μg/m3]CAEE Committee on Aircraft Engine Emissions, of ICAO – Komitet ICAO Emisji Sil-

ników LotniczychCAEP Committee on Aviation Environmental Protection, of ICAO – Komitet ICAO

Emisji Silników LotniczychCAA Clean Air Act, The US Federal law regulating air quality – prawo federalne

USA regulujące jakość powietrzaCDG podparyskie lotnisko im. Ch. de Gaulle’a

CDM Clean Development Mechanizm – mechanizm czystego rozwojuCO carbon monoxide – tlenek węglaCO2 carbon dioxide – dwutlenek węglaDOAS Differential Optical Absorption Spectroscopy

ECAC European Civil Aviation Conference – Europejska Konferencja Lotnictwa Cywil-nego

EDMS Emissions and Dispersion Modelling System – system modelowania emisjii ich rozprzestrzeniania

EEC EUROCONTROL Experimental Centre – Ośrodek Doświadczalny EURO-CONTROL (nadzór ruchu lotniczego nad Europą)

EEA European Environmental Agency – Europejska Agencja ŚrodowiskowaEEFAE Efficient & Environmentally Friendly Aero-Engines – silniki lotnicze sprawne

i przyjazne środowiskuEI Emissions Index – masa emisji w gramach na kg paliwaEPA US Environmental Protection Agency – Amerykańska Agencja Ochrony Śro-

dowiskaETS Emissions Trade System – Europejski System Handlu EmisjamiFAB Functional Airspace Block – Funkcjonalne Bloki Nawigacji w Przestrzeni

PowietrznejFIR Flight Information Region – Rejon Informacji LotniczejFL Flight Level – poziom lotu, np. FL100 = 3050 mFF Fuel Flow – wydatek paliwaFT paliwo syntetyczne, F. Fischer i H. Tropsch w 1926 r. opracowali metodę

GTL (gas-to-liquid) otrzymywania paliw węglowodorowych przez syntezętlenku węgla i wodoru

GIS Geographical Information System – system informacji geograficznejGNG Greenhouse Gases – gazy cieplarniane (szklarniowe)GSE Ground Support Equipment – wyposażenie naziemne lotówIATA International Air Transport Association – Międzynarodowe Stowarzyszenie

Transportu PowietrznegoICAO International Civil Aviation Organization – Międzynarodowa Organizacja

Lotnictwa Cywilnego

60 PRACE INSTYTUTU LOTNICTWA Nr 206

IPCC Intergovernmental Panel on Climate Change – Międzyrządowy Zespół d/s.Zmian Klimatu

IFR Instrument Flight Rules – zasady loty z wykorzystaniem instrumentówINM Integrated Noise Model – Zintegrowany Model HałasuIPCC Intergovernmental Panel on Climate Change – Międzyrządowy Panel Zmian

KlimatycznychISO International Organization for Standardization – Międzynarodowa Organi-

zacja NormalizacyjnaISA International Standard Atmosphere – Międzynarodowa Atmosfera Wzor-

cowaLTO Landing and Take-Off cycle – cykl lotniczy od startu do lądowaniaNASA National Aeronautical Science Agency – Narodowa Agencja Aeronautyki

i Przestrzeni KosmicznejNMVOC Non-Methane Volatile Organic Carbon – niemetanowe, lotne związki węglaOAA Open Aviation Area treaty – traktat o otwartej przestrzeni powietrznejOBD On-Board Diagnostics – pokładowy system diagnostycznyPAS Photoelectric Aerosol Sensor – fotoelektryczny detektor aerozoluPM, PT Particulate Matter – cząstki stałePPL Polish Airports State Enterprise – Polskie Przedsiębiorstwo Portów Lotni-

czychRF Radiative Force – współczynnik wzmocnienia radiacyjnegoSESAR Single European Sky ATM Research – badania dla jednolitego „nieba” nad

EuropąSOx, SO2 oxides of sulphur – tlenki siarkiSRA-2 Strategic Research Agenda – strategiczny plan rozwoju nr 2TEN-T Transeuropejskie sieci transportoweUHC un-burnt hydrocarbons – niespalone węglowodoryUNEP United Nations Environment Programme – Program Środowiskowy ONZVFR Visual Flight Rules – zasady lotu z widocznością ziemiVOC Volatile Organic Compounds – lotne związki organiczneWHO Word Heath Organisation – Światowa Organizacja ZdrowiaWMO World Meteorological Organization – Światowa Organizacja Meteorolo-

gicznaWTW Well to Wheel – od szybu kopalni do kół pojazdu

1. ROZWÓJ TRANSPORTU LOTNICZEGO A ŚRODOWISKO

Rozwój lotnictwa rozpoczął się, gdy samolot Flyer braci Wilbura i Orville’a Wright na odcinku36 m oderwał się od ziemi 17 grudnia 1903 r. w Północnej Karolinie. Napędzał go lekki, cztero-cylindrowy silnik o mocy 8,8 kW ze śmigłem. Już w 1908 odbył się lot samolotu na odległość120 km.

Następne dekady rozwoju wykorzystywały coraz większe i sprawniejsze silniki tłokowe –największym lotniczym silnikiem tłokowym był gwiazdowy Nomad (4 x 9 cylindrów) o mocy3000 kW wyprodukowany po II wojnie światowej.

Większe prędkości i udźwigi samolotów zapewnił napęd turbośmigłowy. Osiągnął onapogeum swej popularności, na znacznie wyższym poziomie mocy niż silniki tłokowe –przykładem może być silnik NK-15 o mocy 12000 kW.

Potem silniki odrzutowe umożliwiły szybkie i dalekie podróże, (jeśli nawet 2/3 entalpii wy-tworzonej w komorach spalania służy do napędu sprężarki) począwszy od 1949 r., gdy wprowa-dzono do eksploatacji pierwszy samolot pasażerski z napędem odrzutowym – „Comet”De Havillanda.


Wzrost ruchu lotniczego jest w przybliżeniu dwukrotnie szybszy niż wzrost krajowego pro-duktu brutto. Wynika on także z postępującej deregulacji rynków transportu lotniczego.Prowadzi to do zwiększenia konkurencji i rozwoju tzw. linii nisko-kosztowych. Obywatele klasśrednich pozwalają sobie na kilka przelotów rocznie, turystycznych i biznesowych.

Lotnictwo jest integralną częścią współczesnego społeczeństwa. Jest to typowy sektor roz-wojowy w związku ze wzrostem potrzeb sprawnego transportu na duże odległości.

W 2007 r. w krajach EU-27 było 1,083 mld pasażerów lotniczych. Jest to wynik ogromnegowzrostu ruchu lotniczego w ostatnich dekadach – w latach 70-tych ubiegłego wieku było około200 mln pasażerów lotniczych. Codziennie w Europie odbywa się 25 tys. lotów, a liczba tazwiększy się dwukrotnie w ciągu 10-ciu lat.

Transport lotniczy wykazuje średnio ponad 75 % wykorzystanie miejsc; kolej 40 – 50 %,samochody – około 30 %. Transport lotniczy obsługuje 40 % turystów międzynarodowych.

Chociaż ładunki towarów przewożone samolotami są niewielkie objętościowo, np. w porów-naniu do 3 mld ton przewożonych drogą morską, to wartość 1 tony cargo w samolocie jest kilka-krotnie wyższa niż w innych środkach transportu.

W ciągu ostatniego półwiecza nastąpił znaczny rozwój techniki lotniczej. Samoloty wchodząceteraz do eksploatacji wykazują jednostkowe (na daną liczbę pasażero-kilometrów) zużyciepaliwa mniejsze o 70 % niż przed 40 laty. Współczesne samoloty zużywają 3,5 l na pasażero-kilometrów, a najnowsze szeroko-kadłubowe Airbus A380 i Boeing 787 – tylko około 3 l.Dodatkowe 50 % oszczędności na paliwie powinno być, wg ACARE i NASA, osiągnięte w 2020 r.

Poziom hałasu nowych samolotów jest mniejszy o 20 dB niż 40 lat temu – wg ŚwiatowegoStowarzyszenia Transportu Lotniczego ATAG – Air Transport Action Group (www.enviro.aero).Dalsza redukcja 50 % hałasu podczas startów i lądowań nastąpi do 2020 r.

Znacząco zmalała liczba wypadków lotniczych. Wyjątkiem jest Afryka, gdzie przy 3 % udzialew globalnych przewozach lotniczych ma miejsce 27 % katastrof lotniczych – jednocześnieogromny potencjał dla lotnictwa z powodu mizernej sieci dróg i kolei na terytorium trzykrotniewiększym od Europy).

Ograniczenia rozwoju transportu lotniczego to głównie:• Wpływ lotnictwa na środowisko,• Długotrwałe i kosztowne inwestycje w rozbudowę lotnisk,• Wydajność sieci transportu, która zbliża się do stanu nasycenia; prowadzi to wzrostu

opóźnień i przeciążenia systemu sterowania i kontroli lotów.Wprawdzie hałas samolotów przy lotniskach nietrafnie zlokalizowanych jest łatwiej

odczuwalny przez mieszkańców pobliskich osiedli, ale raport Scandinavian Airlines System przy-pisuje znacznie większą wagę emisji gazów toksycznych i cieplarnianych. Wzór DepartamentuŚrodowiskowego tych linii lotniczych jest następujący:

Airport impact = 50 % CO2 emission + 40 % NOx emission + 10 % noise,

czyli wpływ lotniska (impact) zależy głównie od emisji gazów cieplarnianych (zredukowanychdo dwutlenku węgla) oraz toksycznych (głównie tlenków azotu powstających przy wysokiej tem-peraturze spalania), a tylko w 10 % od hałasu (noise).

Emisje lotnicze przyczyniają się do zmiany klimatu przez:• emisję gazów cieplarnianych, głównie CO2, także pary wodnej;• emisję prekursorów ozonu (wprowadzane bezpośrednio do stratosfery tlenki azotu katali-

tycznie niszczą ozon (absorbujący promieniowanie o długości fali mniejszej od 290 nm, któreuszkadza powierzchniowe komórki roślin i zwierząt);

• emisję cząstek stałych i ich prekursorów;• wytwarzanie dodatkowych chmur (e.g. contrails, contrail cirrus) oraz modyfikacja chmur natu-

ralnych.


Rys. 1.1. Faza wznoszenia samolotu nad śródmieściem Lizbony

Lotnictwo uczestniczy w niewielkim stopniu (2 – 3 %) w globalnym zanieczyszczeniuśrodowiska, ale dominuje w okolicach portów lotniczych.

Podczas setek startów i lądowań dziennie (warszawski port F. Chopina – 400, paryskie lot-nisko CDG (Ch. de Gaulle) – 1600) dysze silników odrzutowych wydzielają setki kilogramówzanieczyszczonego powietrza na sekundę – np. wydatek masowy przepływu silnika GE-90o średnicy wlotowej 3,4 m podczas startu wynosi 1449 kg/s.

Idealne spalanie nafty przebiega wg następującej reakcji chemicznej:

N2 + O2 + Cn Hm = CO2 + H2 O + N2 + O2.

W rzeczywistości natomiast:

N2 + O2 + Cn Hm = CO2 + H2 O + N2 + Cn Hm + CO + Csoot + NO + NO2.

Rys. 1.2. Składniki emisji silnika lotniczego na 1 kg spalonej nafty (Sausen R.)(Soot – sadza, UHC – unburned hydro-carbons – niespalone węglowodory)

Wartości emisji silników lotniczych określa się wg Aneksu nr 16, Vol. 2 organizacji lotnictwacywilnego ICAO – International Civil Aviation Organisation.


Gazy wydechowe silnika lotniczego zawierają:• azot – 75,2 %,• tlen – 16,3 %,• spaliny – 8,5 %, w tym: dwutlenek węgla – 72 %, para wodna – 27,6 %oraz produkty wynikłe ze spalania niekompletnego i niezupełnego – 0,4 %, w czym zawiera się84 % tlenków azotu, 11,8 % tlenku węgla, 4 % niespalonych węglowodorów oraz śladowe ilościsadzy (PM) i tlenków siarki.

Tlenki azotu: głównie NO i NO2 tworzą się w komorach spalania silników przy panującej tamwysokiej temperaturze, która ma wpływ na sprawność cieplną obiegu termodynamicznego.

Transport drogowy dominuje w emisji środków transportu, niemniej udział ruchu lotniczegow emisji transportu jest znaczny – wynosi 13 %.

Rys. 1.3. Udziały poszczególnych środków transportu w globalnej emisjidwutlenku węgla wg ocen IEA i IFP (maritime – transport morski,road – drogowy, air – lotniczy, rail – kolejowy, pipeline – rurociągi,

passenger – pasażerski, freight – towary)

Transport lotniczy jest wrażliwy na katastrofy i kryzysy – w wyniku zamachu terrory-stycznego na World Trade Center, liczba pasażerów zmalała o 2 %. W porównaniu do samochoduwyposażonego w silnik wysokoprężny i wiozącego dwie osoby samolot obciążony w 75 % spalamniej paliwa na dystansach powyżej 500 km.

Spektakularnym wyrazem ruchu lotniczego w korytarzach są naniebne smugi kondensacji(ang. contrails – condensation trails) spalin, które sprzyjają tworzeniu sztucznych chmur –cirrusów. Stanowią one atrakcję dla każdego, kto wzniesie swój wzrok ku bezchmurnemu niebuwe właściwym miejscu i czasie. Smugi te tworzą chmury typu, wyglądem przypominają częstowłókna czy pierze – stąd nazwa Cirrus tractus, pierzaste szlakowe – mogą trwać, rozszerzać sięi zwiększać efekt cieplarniany. Formują się za samolotem, lecącym w dostatecznie chłodnymi wilgotnym powietrzu.

Badania wpływu lotnictwa na środowisko zaczęły się wraz z wprowadzeniem około 30samolotów naddźwiękowych Concorde do transportu pasażerskiego w 1978 r. Były z tymzwiązane nadzieje na nową erę transportu, chociaż spalały one prawie dwa razy tyle nafty, cosamoloty poddźwiękowe. Wysokość przelotowa samolotów naddźwiękowych to 16 - 25 km –dolna stratosfera, która jest stabilna, więc emisje do niej mają długi czas rezydencji.

Wprowadzane bezpośrednio tlenki azotu katalitycznie niszczą ozon, który w stratosferzeabsorbuje promieniowanie o długości fali mniejszej od 290 nm, uszkadzające powierzchniowekomórki roślin i zwierząt.


Rys. 1.4. Smugi lotnicze na zachód od Gibraltaru z satelity Meteosat 8 w 2005 r.

Zanieczyszczenia lotniskowe ocenia się metodami obliczeniowymi i pomiarowymi.

2. PROGRAMY OBLICZENIOWE EMISJI LOTNICZYCH

Amerykański program EDMS (Emissions and Dispersion Modeling System – System modelo-wania emisji i ich dyspersji) jest kompozycją modułów obliczeniowych między bazą danych –Database, a graficzną demonstracją wyników – Graphical User Interface.

Powstał w latach 70-tych ubiegłego wieku, w wyniku porozumienia FAA (Federal Aviation

Administration) i USAF (United States Air Force) dla analizy i dokumentowania jakości powietrzawokół portów i baz lotniczych. Następnie, w latach 80-tych ubiegłego wieku, został on rozrze-szony i udoskonalony dla zatwierdzania projektów rozbudowy lotnisk zgodnie z Clean Air Act

Amendment z 1990 r.EDMS zawiera bazę danych odnośnie indeksów emisji najbardziej eksploatowanych

samolotów oraz sprzętu i infrastruktury naziemnej. Umożliwia obliczenia emisji wszelkichźródeł (także drogi dojazdowe, parkingi i lokalne elektrownie) oraz ich dyspersji w dolnej tro-posferze – do 1000 stóp nad ziemią.

EDMS zawiera kilka interaktywnych warstw obliczeń, może pokazywać inwentarz emisjioddzielnie lub razem z wynikami symulacji dyspersji (generowanymi przez moduł AERMOD)uwzględniając moduł danych meteorologicznych AERMET.

Zastosowanie EDMS umożliwia sprawdzenie wymagań EPA (Environmental Protection

Agency). Lista uwzględnianych aktualnie polutantów zawiera; CO, HC, NOx, SOx i PM-10x. (indeksyPM10 są dostępne aktualnie tylko dla sprzętu naziemnego, wszelkich pojazdów, infrastrukturyoraz pożarów ćwiczebnych).

Emisje naziemnej infrastuktury lotniskowej (ASE – Aircraft Support Equipment) są wytwa-rzane przez: wyposażenie naziemne wsparcia (GSE – Ground Support Equipment), wyposażenienaziemne lotów (AGE – Aerospace Ground Equipment), pojazdy wsparcia naziemnego, generatoryprądu oraz dodatkowe jednostki mocy (APUs – Auxiliary Power Units) zasilające samolotyczekające na pirsie.

Europejski program ALAQS (Airport Local Air Quality Studies – Studium lokalnej jakości po-wietrza na lotnisku), stworzony przez francuskie ENVISA, na zlecenie EUROCONTROLExperimental Centre w Bretigny pod Paryżem.

Celem obliczeń jest ocena wpływu różnych operacji na jakość otaczającego po-wietrza. Uprzednio subiektywnie oceniane efekty nowych procedur operacyjnychmogą być obiektywnie określone i skwantyfikowane. Wymagało to modelowania


całego otoczenia z wszystkimi źródłami zanieczyszczeń. Eurocontrol poszukiwał „wspólnegozrozumienia” zagadnień ekologii lotniczej z USA oraz rozwoju międzynarodowych zasad współ-działania w tej dziedzinie w ramach grup roboczych ICAO-CAEP. Promocja zharmonizowanegopodejścia przybrała też formę aktywnego uczestnictwa w sieci tematycznej Komisji EuropejskiejAERONET (Aircraft Emissions and Reduction Technologies). Więcej info na witrynie:http://www.eurocontrol.int/eec/public/standard_page/SEE_alaqs.html. Brytyjski programADMS-Airport (Atmospheric Dispersion Modelling System) to dzieło Cambridge Environmental

Research Consultants, Cambridge (UK). Jest to narzędzie dla kierowania ulepszaniem jakościpowietrza w rejonie lotnisk, powstało jako rozszerzenie programu ADMS-Urban. Umożliwiajednoczesne badanie 6500 źródeł, w tym 500 samolotów odrzutowych, 1500 źródeł drogowychi do 1500 źródeł przemysłowych: punktowych, liniowych, powierzchniowych i przestrzennych.Model „odrzutowy” rozwiązuje równania zachowania masy, pędu i ciepła. Program ułatwiatworzenie do 50 dziennych i 50 miesięcznych profili poziomu emisji symulowanych źródełzanieczyszczeń plus kierunki wiatru.

Więcej info na witrynie: http://www.cerc.co.uk/environmental-software. Program ten używakalkulatora EMIT, który zawiera dane ICAO odnośnie aktualnie używanych samolotów orazsprzętu lotniskowego.

Rys. 2.1. Średnie roczne stężenia NO2 w [μg/m3] wokół londyńskiego lotniskaHeathrow obliczone wg programu ADMS-Airport wg raportu „Air Quality

Studies for Heathrow” (2007)

3. PRZYKŁAD OBLICZENIA EMISJI NA LOTNISKU FRYDERYKA CHOPINA

W 2005 r. wykonano symulację numeryczną emisji gazów cieplarnianych i toksycznych pod-czas operacji lotniczych (około 120 tys. w 2004 r.) oraz działalności naziemnej siedmiuprzedsiębiorstw obsługujących lotnisko Okęcie. Było to wspólne przedsięwzięciePrzedsiębiorstwa Państwowego „Porty Lotnicze” oraz Instytutu Lotnictwa, sponsorowane przezEUROCONTROL – organizację koordynującą ruch lotniczy nad Europą.

Zastosowano program ALAQS, a wyniki udostępniono dla sieci AERONET III.


Rys. 3.1. Geograficzny model lotniska F. Chopina dla obliczeń programem ALAQS

Podczas pierwszej fazy obliczeń uwzględniono przewóz 6 085 811 pasażerów, 40 541,0 tonfrachtu oraz 6 717,5 ton poczty; w roku 2009 r. lotnisko Okęcie obsłużyło około 9 mln pasażerów.

Przewiduje się, że w 2015 r. będzie tu obsłużone około 17 mln pasażerów, po 5 mlnw Krakowie i Katowicach, poniżej 3 mln w Trójmieście i po 2 mln we Wrocławiu i Poznaniu.

W 2006 r. polskie lotniska obsłużyły ponad 15 mln pasażerów, w 2050 r. – przewiduje sięokoło 64 mln.

Wyniki symulacji ekologicznej lotniska zebrano w poniższej tabeli.

Tabela 3.1. Emisje samolotów i sprzętu lotniskowego obliczone dla lotniskaF. Chopina (2004 r.) (DUCHENE Nicolas)

Udział w rynku ważniejszych polskich portów lotniczych w 2007 r. wynosił:• Warszawa – 48,4 %,• Kraków – 15,9 %,• Katowice – 10,3 %.

Polskie porty regionalne obsłużyły 9 868 mln pasażerów (51 % pasażerów lotniczychw Polsce) – oznacza to wzrost o 36 % w porównaniu z rokiem poprzednim. Postępuje więcdecentralizacja ruchu lotniczego w Polsce. Porównanie z głównymi portami lotniczymi Europywykazuje, że port F. Chopina jest w drugiej piętnastce.


4. KOMPARATYSTYCZNE POMIARY LOKALNEJ JAKOŚCI POWIETRZA

Metody monitoringu atmosfery określa raport Dyrekcji Generalnej UE - Environment Unit C1

„Air and Noise”, z 23 maja 2002 r. Zgodnie z unijną dyrektywą Air Quality Framework Directive

96/62/EC oraz późniejszymi DaughterDirectives (dyrektywy pochodne) daje on przeglądwyników wstępnego monitorowania SO2, NO2/NOx, PM10 oraz ołowiu.

Stosowane metody oraz ich wyniki mają być raportowane do Komisji Europejskiej, co jestkonieczne dla wymiany informacji o rezultatach monitoringu. Chodzi także o to, jak krajeczłonkowskie definiują swoje strefy monitoringu i jak modyfikują sieci czujników(http://europa.eu.int/comm/environment/air/ambient.htm).

Metody pomiarowe pozwalają stworzyć mapy stężenia poszczególnych polutantów. Stosująone:• analizatory próbkujące powietrze umieszczone w charakterystycznych punktach rejonu lot-

niska w czasie realnym,• spektrometry wykorzystujące absorbcję specyficznych części widma świetlnego, np. DOAS,• bio-wskaźniki – rośliny czułe na pewne polutanty, np. plantacja tytoniu reaguje na ozon,• bio-akumulatory – rośliny zbierające polutanty w liściach, np. mchy reagujące na tlenek azotu.

DOAS stosuje się aktualnie do pomiaru stężeń ozonu, dwutlenku siarki, tlenku azotu i formal-dhydów. Jest to instrument ze ścieżką optyczną zawierającą emisję, recepcję i analizępowracającej wiązki optycznej składającej się z promieniowania w widmie od ultrafioletu doświatła widzialnego. Analizator mierzy natężenie różnych składowych widma wzdłuż całej drogii przelicza je na stężenia monitorowanych polutantów.

Odległość od nadajnika do odbiornika promieniowania wynosi zwykle 100 - 500 m. Wynikispektroskopu DOAS są zintegrowane w przestrzeni, z rozdzielczością czasową 3 do 6 minut dlaróżnych monitorowanych komponentów.

Ocena regionalnych efektów zanieczyszczenia atmosfery może odbywać się przy pomocyspektroskopu optycznego MAX DOAS (Multi-Axis Differentia Optical Absorption Spectroscopy),opracowanego przez Instytut Fizyki Doświadczalnej Uniwersytetu w Bremie. Przykładem są po-miary stężenia tlenku halogenu i dwutlenku azotu w troposferze pod różnymi kątamiodniesienia. W szczególności w projekcie QUILT pomierzono stężenia substancji, odpowiedzial-nych za destrukcję warstwy ozonowej. W innym projekcie – FORMAT, pomiary dotyczyły stężeńformaldehydów, które pełnią ważną rolę w fotochemicznym tworzeniu smogu.

Wyniki dotychczasowych pomiarów są uzupełniane przez modelowanie matematyczne,np. interpolacyjne. Ważne są liczby przekroczeń limitów górnych i dolnych (upper and lower

assessment thresholds – UAT and LAT), a także wartości granicznych oraz tych wartości wrazz marginesem tolerancji (limit values plus margins of tolerance – MOTs).

Wyniki pomiaru stężeń czterech najważniejszych toksyn na lotnisku w Lyonie przedstawionona rys. 4.2.

Przykładem kompleksowego systemu monitorowania jakości powietrza jest AQMN – Air

Quality Monitoring Network w rejonie lotniska Mesogeia pod Atenami (zbudowane dla Olimpiadyw 2004 r.). Zawiera on 5 stałych (oraz 1 ruchomą) stacji monitorujących stężenia przy ziemigłównych polutantów. Rejestrują one także, zgodnie z metodami odniesienia Unii Europejskiej,podstawowe parametry meteorologiczne: prędkość i kierunek wiatru, temperatura, względnawilgotność, opady, promieniowanie słoneczne i ciśnienie atmosferyczne. Latem rośnie stężenieozonu, bo zwiększona temperatura i nasłonecznienie sprzyjają reakcjom fotochemicznymgenerujących ozon. Wykorzystuje się również zaawansowany miernik stężeń toksyn jako funkcjiabsorpcji światła w systemie DOAS. Jest on zainstalowany na progu zachodniego pasa star-towego, więc monitoruje nie tylko jakość powietrza na lotnisku ale także emisje samolotówpodczas startu.


Rys. 4.2. Parametry jakości powietrza lotniska w Lyonie (CITEPA): seuil horaire,d’information et de recommandations, mesure sur 3 mois – próg alarmowy,

informacyjny oraz dla rekomendacji, mierzony podczas 3 miesięcy

5. SPOSOBY ZMNIEJSZENIA NEGATYWNEGO ODDZIAŁYWANIA LOTNISK NA ŚRODOWISKO

Zgodnie z wymaganiami normatywnymi oraz najlepszymi praktykami europejskimi należywpierw zidentyfikować skutki działalności lotniska dla środowiska w jego regionie. Wymaga toimplementacji wybranego programu obliczeniowego oraz modularnego układu stanowisk po-miarowych. Optymalny rozkład czujników, ich systemowe połączenie wraz ze zbieraniemwyników i ich przetworzeniem pozwala na bieżącą ocenę „impaktu” środowiskowego orazsporządzanie okresowych raportów informujących opinię publiczną, państwowe organa nadzoruśrodowiska oraz władze samorządowe. Następnym etapem jest zespół przedsięwzięćredukujących emisję zanieczyszczeń atmosfery lub przynajmniej ograniczenie ich przy rosnącejprzepustowości. Umożliwi to polepszenie jakości życia pracowników portu lotniczego orazmieszkańców pobliskich osiedli. Ostatnia Konferencja IPCC w Kopenhadze ustaliła zobowiązaniekrajów członkowskich Unii Europejskiej do zmniejszenia emisji gazów cieplarnianych o 30 %.

Możliwe przedsięwzięcia dla zmniejszenia emisji lotniczych są w dziedzinach:• Konstrukcja silnika – 33 %,• Operacje lotnicze – 30 %,• Konstrukcja płatowca – 24 %,• Paliwa alternatywne – 13 %.

Strategiczna Agenda Badawcza Lotnictwa (SRA-2) przewiduje pięć kierunków rozwoju(wyzwań) dla transportu lotniczego. Są to: jakość i dostępność usług tego sektora, sprawnośćoperacyjna, zmniejszenie negatywnego wpływu na środowisko oraz pewność i bezpieczeństwo.Określa się wzajemne związki tych wyzwań: pozytywne (positive) oraz negatywne (negative) –na rys. 5.1 przedstawiono je względem kryterium środowiskowego – Ultra Green.

Z dotychczasowych badań ekologii portów lotniczych wynikają następujące wyzwania naprzyszłość:• Integracja lotnisk z systemem transportowym kraju – podejście intermodalne (bocznice kole-

jowe i drogi dojazdowe),• Redukcja emisji toksyn i hałasu silników lotniczych oraz sprzętu i pojazdów naziemnych,• Poprawa efektywności wykorzystania istniejącej infrastruktury lotnisk,• Rozwój infrastruktury organu zarządzającego przestrzenią powietrzną,• Reforma systemu zarządzania slotami,• Stosowanie paliw alternatywnych – obszerna dziedzina, do omówienia w następnym artykule.


Rys. 5.1. Związki kryterium środowiskowego transportu lotniczego (Ultra Green)z pozostałymi kryteriami SRA-2 (Strategic Research Agenda) jak: Quality

& Affordability – jakość i dostępność, Security, Safety – bezpieczeństwoantyterrorystyczne i przelotu, ATS Efficiency – sprawność systemu

transportu lotniczego

BIBLIOGRAFIA

[1] Altman R. L.: Alternative Fuels in Commercial Aviation, The Need, The Approach, Progress, 32ndAnnual FAA Forecasting Conference, 2007.

[2] Bhadra D., Schaufele R.: Impact of US-EU Open Area Aviation Treaty on US Aviation

a Parametric Analysis with Simulation, ICAS 2008 Congress Including the 8th AIAA 2008 ATIOConference, Anchorage, Alaska, 14 - 19 September 2008.

[3] Bennett M., Christie S.: Optical Measurements of Pollution Dispersion at Commercial Airports,Photon06, Manchester, 4 - 7 September 2006.

[4] Brok P.H.H., Eyers C.J.: Enhancing Compatibility of European Financial and Environmental

Modelling Tools for Aviation (EFEMTA), Final Report of the Short Study Funded Underthe AERONET III Project, 2006.

[5] Calvet P., Pélegrin M.: Le developpement durable et le transport aerien, Fedespace – l’UniversitéInternationale de l’Espace, Strasbourg, 2008.

[6] Duchene N.: ALAQS Case Study – Chopin Airport Emission Inventory, Contract between EURO-CONTROL Experimental Centre and Polish Institute of Aviation, 2005.

[7] Graham A., Bennett M., Christie S.: Buoyant Release from an Accelerating Ground Source,J. Fluid Mech, 2009.

[8] Jackson P.: All the World’s Aircraft 2008-2009, Cambridge University Press, UK.[9] Jeż M.: Moteurs Thermiques, Sekcja Lotnicza Wydziału Elektromechanicznego „Institut

Supérieur de Techniques Appliquées”, Kinshasa, Zair (teraz D.R. of Congo), 1984.[10] Jeż M.: Evaluation par calcul des pollutions engendrés par le traffic aérien au-dessus

de territoire polonaise , Colloque sur espace, aeronautique et l’environnementatmospherique, Toulouse, 1994.

[11] Jeż M.: Toxic Components of Aircraft Engines Exhaust Gases over Territory of Poland, NATOAdvanced Study – „THE MATHEMATICS OF MODELS FOR CLIMATOLOGY ANDENVIRONMENT” – Puerto de la Cruz, Spain, 1995.


[12] Jeż M.: Airport Environmental Impact – Methodology of Atmosphere Protection, WydawnictwaNaukowe Instytutu Lotnictwa, Warszawa, 2007.

[13] Jeż M.: Transport lotniczy a zrównoważony rozwój, Wydawnictwa Naukowe Instytutu Lot-nictwa, Warszawa, 2009.

[14] Jeż M.: Technologie ochrony środowiska. Ochrona atmosfery, Oficyna Wydawnicza WyższejSzkoły Ekologii i Zarządzania, Warszawa, 2009.

[15] Kotlarz W.: Turbinowe zespoły napędowe źródłem skażeń powietrza na lotniskach wojskowych

(Turbine Driving Systems as Pollution Sources at Military Airports), Air Forces Academy,Dęblin, 2004.

[16] Mc Glade J.: The European Environment – State and Outlook, The European EnvironmentAgency (EEA), 2005.

[17] Piechota W.: Monitorowanie hałasu lotniczego na przykładzie portu lotniczego im. F. Chopina

w Warszawie, „Polish Airports” State Enterprise, Poznań, 2005.[18] Sausen R.: The Impact of Air Transport on Climate, Air Transport of the Future 2008 –

The Berlin Summit, Schloss Steinhöfel, Brandenburgia, 26 - 27 maja 2008.[19] Schumann U.: Formation, Properties and Climatic Effects of Contrails, Deutsches Zentrum

für Luft und Raumfahrt, 2005.[20] Wuebles D.: Workshop on the Impacts of Aviation on Climate Change: A Report of Findings

and Recommendations, REPORT N0. PARTNER-COE-2006-004, Cambridge, USA, 2006.[21] Zanin G., Olson L.V.: The Green Airport Program & The International Flight Academy on

Biofuels, Green Skies Aviation & Environment Conference, Sydney, 2007.

Marian Jeż

ENVIRONMENTAL IMPACT OF AIRPORT ACTIVITIES

AbstractThis paper is concerned with airport sustainable development. Intensive air transport increase

(except crisis of 2009) necessitates „balancing” its negative impact by pro-ecological measures.

„State of the art” first chapter is concerned with the relation between air transport and

aero-engine exhaust gases pollution. Next chapter is dedicated to the most popular programmes

for calculation of airport pollutant emissions and their dispersion: American EDMS – Emissions

and Dispersion Modelling System, European ALAQS-AV – Airport Local Air Quality System-ArcView

and British ADMS. The second programme was used to assess air contamination by Warsaw

F. Chopin Airport activity, which is described in subsequent chapter. It was done in 2005 thanks to

EUROCONTROL sponsoring, as a Polish contribution to the AERONET III (Aircraft Emissions and

Reduction Technologies) network, Institute of Aviation is part of in years from 2004 till 2010.

The results were presented and discussed at this network Workshops.

It is planned to complement well functioning noise monitoring at F. Chopin airport by installation

of local air quality measuring infrastructure. Pollutant dispersion calculation shall be executed by

introducing meteorological data to the extension of ALAQS programme. Implementing the best

available practices and procedures would serve as an example for other important Polish airports.


egice be iceg - ilot.edu.pl · ase aircraft support equipment– wyposażenie naziemne wsparcia...

Documents